特許 5872748 表面被覆切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5872748

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】表面被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20160216BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20160216BHJP

   B23C 5/20 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B51/00 J

   B23C5/20

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-554924(P2015-554924)

(86)(22)【出願日】2015年8月28日

(86)【国際出願番号】JP2015074506

【審査請求日】2015年11月5日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今村 晋也

(72)【発明者】

【氏名】金岡 秀明

(72)【発明者】

【氏名】パサート アノンサック

(72)【発明者】

【氏名】出谷 隆典

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２０７９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０５２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４４７６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／２０

Ｃ２３Ｃ １６／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、複数のα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒を含むα−Ａｌ₂Ｏ₃層を有し、
前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層のうち、その表面に平行な面であって、前記表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置する前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、
前記カラーマップにおいて、
粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ａの占める面積Ａ₁が５０％以下であり、かつ、前記面積Ａ₁のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ₂が９０％以上であり、
粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ₁が２０％以上５０％以下であり、かつ、前記面積Ｂ₁のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ₂が９０％以上であり、
粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ₁が１０％以上５０％以下であり、かつ、前記面積Ｃ₁のうち、（００１）面の法線方向が前記加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ₂が５０％以上であり、
前記カラーマップ全体の面積に対する、前記面積Ａ₁、前記面積Ｂ₁、および前記面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％以上である、表面被覆切削工具。

【請求項2】

前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層は、１μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する、請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項3】

前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層は、４μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する、請求項２に記載の表面被覆切削工具。

【請求項4】

前記被膜は、前記基材と前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層との間に第１中間層を含み、
前記第１中間層は、ＴｉＣＮ層である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。

【請求項5】

前記被膜は、前記基材と前記α−Ａｌ₂Ｏ₃層との間に第２中間層を含み、
前記第２中間層は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であり、
前記第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、０．３μｍ以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。

【請求項6】

前記被膜は、最表面に位置する表面層を含み、
前記表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層またはＴｉＢ₂層である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面被覆切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、基材上に被膜を形成した表面被覆切削工具が用いられてきた。たとえば、特開２００４−２８４００３号公報（特許文献１）は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、（０００１）面の結晶方位を示す結晶粒の総面積が７０％以上のα−Ａｌ₂Ｏ₃層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。

【0003】

また、特開２０１０−２０７９４６号公報（特許文献２）は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、層の表面において観察される結晶粒が特異的な大きさ区分を有するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２８４００３号公報

【特許文献2】特開２０１０−２０７９４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および特許文献２では、上記のような構成のα−Ａｌ₂Ｏ₃層を含む被膜を有することにより、表面被覆切削工具の耐摩耗性や耐欠損性といった機械特性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。

【0006】

しかしながら、近年の切削加工においては、高速化および高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化することが問題となっていた。このため、切削工具の被膜の機械特性をさらに向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化することが求められている。

【0007】

本開示は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、被膜の機械特性を向上させ、切削工具の寿命をさらに長寿命化した表面被覆切削工具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、被膜は、複数のα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒を含むα−Ａｌ₂Ｏ₃層を有する。α−Ａｌ₂Ｏ₃層のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いた電子後方散乱回折像（ＥＢＳＤ）解析によって結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ａの占める面積Ａ₁が５０％以下であり、かつ、面積Ａ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ₂が９０％以上であり、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ₁が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ₂が９０％以上であり、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ₁が１０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｃ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ₂が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％以上である。

【発明の効果】

【0009】

上記によれば、被膜の機械特性が向上し、切削工具の寿命をさらに長寿命化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施形態に係る表面被覆切削工具の一例を示す斜視図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。

【図3】図２の部分拡大図である。

【図4】α−Ａｌ₂Ｏ₃層の加工面に関するカラーマップの一例である。

【図5】図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、粗粒のみを示したカラーマップである。

【図6】図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、中粒のみを示したカラーマップである。

【図7】図４のカラーマップに示される結晶粒のうち、微粒のみを示したカラーマップである。

【図8】第２中間層の厚み方向における形状を概略的に示す断面図である。

【図9】実施形態に係る被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置の一例を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。なお、本明細書の結晶学的記載においては、個別面を（）で示す。また、本明細書において「Ｘ〜Ｙ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｙ以下）を意味しており、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｙにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＹの単位とは同じである。また本明細書において、「ＴｉＮ」、「ＴｉＣＮ」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。

【0012】

〔１〕本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具であって、被膜は、複数のα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒を含むα−Ａｌ₂Ｏ₃層を有する。α−Ａｌ₂Ｏ₃層のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を除去して得られる加工面に対し、電界放射型走査顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いた電子後方散乱回折像（ＥＢＳＤ）解析によって結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ａの占める面積Ａ₁が５０％以下であり、かつ、面積Ａ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ａ₂が９０％以上であり、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ₁が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｂ₂が９０％以上であり、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ₁が１０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｃ₁のうち、（００１）面の法線方向が加工面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒の占める面積Ｃ₂が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％以上である。このようなα−Ａｌ₂Ｏ₃層は、高い硬度を有することができる。したがって、上記〔１〕の表面被覆切削工具は、機械特性に優れ、もって寿命が長寿命化されたものとなる。

【0013】

〔２〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、α−Ａｌ₂Ｏ₃層は１μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する。これにより、上記の特性がより効果的に発揮される。

【0014】

〔３〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、α−Ａｌ₂Ｏ₃層は４μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有する。これにより、上記の特性がより効果的に発揮される。

【0015】

〔４〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、基材とＡｌ₂Ｏ₃層との間に第１中間層を含み、該第１中間層はＴｉＣＮ層である。ＴｉＣＮ層は高硬度であるため、このような第１中間層を有する被膜を含む表面被覆切削工具は、耐摩耗性に優れることとなる。

【0016】

〔５〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、基材とα−Ａｌ₂Ｏ₃層との間に第２中間層を含み、第２中間層は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であり、第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、０．３μｍ以上である。このような第２中間層は、α−Ａｌ₂Ｏ₃層と第１中間層とを密着させるアンカーとしての効果を発揮することができるため、被膜の耐剥離性を高めることができる。したがって、このような第２中間層を有する被膜を含む表面被覆切削工具は、さらに耐欠損性に優れることとなる。

【0017】

〔６〕上記表面被覆切削工具において好ましくは、被膜は、最表面に位置する表面層を含み、表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層またはＴｉＢ₂層である。これにより、被膜の靱性が向上する。

【0018】

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。また、以下において「（００１）面の法線方向がα−Ａｌ₂Ｏ₃層の表面の法線方向に対して±１０°以内となる結晶粒」を、「（００１）面配向性結晶粒」ともいう。

【0019】

〔表面被覆切削工具〕
図１を参照し、本実施形態の表面被覆切削工具１０（以下、単に「工具１０」と記す）は、すくい面１と、逃げ面２と、すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、工具１０の切刃先端部を構成する。このような工具１０の形状は、後述する基材の形状に依拠する。

【0020】

図１には旋削加工用刃先交換型切削チップとしての工具１０が示されるが、工具１０はこれに限られず、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。

【0021】

また、工具１０が刃先交換型切削チップ等である場合、工具１０は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部３は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。

【0022】

図２を参照し、上記工具１０は、基材１１と、該基材１１上に形成された被膜１２とを備えた構成を有する。工具１０において、被膜１２は、基材１１の全面を被覆することが好ましいが、基材１１の一部がこの被膜１２で被覆されていなかったり、被膜１２の構成が部分的に異なったりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

【0023】

〔基材〕
図２を参照し、本実施形態の基材１１は、すくい面１１ａと、逃げ面１１ｂと、すくい面１１ａと逃げ面１１ｂとが交差する刃先稜線部１１ｃとを有する。すくい面１１ａ、逃げ面１１ｂ、および刃先稜線部１１ｃは、工具１０のすくい面１、逃げ面２、および刃先稜線部３を構成する。

【0024】

基材１１としては、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の表面被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。

【0025】

〔被膜〕
本実施形態の被膜１２は、以下に詳述するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を少なくとも１層含む。被膜１２は、このα−Ａｌ₂Ｏ₃層を含む限り、他の層を含むことができる。他の層の組成は特に限定されず、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＢ、ＴｉＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＮＯ、ＡｌＣｒＳｉＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＳｉＣ、ＣｒＳｉＮ、ＡｌＴｉＳｉＣＯまたはＴｉＳｉＣＮ等を挙げることができる。その積層の順も特に限定されない。

【0026】

このような本実施形態の被膜１２は、基材１１を被覆することにより、耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。

【0027】

被膜１２は、３〜３５μｍの厚みを有することが好ましい。被膜１２の厚みが３μｍ以上の場合、被膜１２の厚みが薄いことに起因する工具寿命の低下を抑制することができる。被膜１２の厚みが３５μｍ以下の場合、切削初期における耐欠損性を向上させることができる。

【0028】

図３を参照し、本実施形態の被膜１２の好ましい構成の一例として、基材側から被膜１２の表面側に向かって（図中下方から上方に向かって）順に、下地層１３、第１中間層１４、第２中間層１５、およびα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６が積層された被膜１２について説明する。

【0029】

〔α−Ａｌ₂Ｏ₃層〕
本実施形態のα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、複数のα−Ａｌ₂Ｏ₃（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒を含んだ層である。すなわち、この層は、多結晶のα−Ａｌ₂Ｏ₃により構成される。通常この結晶粒は、約０．０１〜３．５μｍ程度の大きさの粒径を有する。

【0030】

また本実施形態のα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６のうち、その表面に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１μｍ以上０．５μｍ以下の領域に位置するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を除去して得られる加工面に対し、ＦＥ−ＳＥＭを用いたＥＢＳＤ解析によってα−Ａｌ₂Ｏ₃からなる結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいた１５μｍ四方のカラーマップを作成した場合に、カラーマップにおいて、以下（１）〜（７）を満たすことを特徴とする。
（１）粒径が１μｍ以上３μｍ以下であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ａの占める面積Ａ₁が５０％以下である。
（２）粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ₁が２０％以上５０％以下である。
（３）粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であるα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ₁が１０％以上５０％以下である。
（４）面積Ａ₁のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ａ₂が９０％以上である。
（５）面積Ｂ₁のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ｂ₂が９０％以上である。
（６）面積Ｃ₁のうち（００１）面配向性結晶粒の占める面積Ｃ₂が５０％以上である。
（７）カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％以上である。

【0031】

ここで、上記のカラーマップの具体的な作成方法について説明する。まずα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を後述の製造方法に基づき形成する。そして、形成されたα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の表面（基材側に位置する面の反対側の面であり、本実施形態においては被膜１２の表面を構成する）に平行な面であって、表面から深さ方向に対して０．１〜０．５μｍの領域に位置するα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を除去して得られる新たな表面である加工面を作製する。加工位置に関しては、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の任意の位置とすることができるが、後述のように、刃先稜線部近傍とすることが好ましい。

【0032】

上記の加工面の好適な作製方法としては、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）を用いたＦＩＢ加工が挙げられる。ＦＩＢ加工の条件は以下の通りである。これにより、表面に平行であり、かつＦＥ−ＳＥＭを用いたＥＢＳＤ解析に適した測定面（加工面）が得られる。
加速電圧：３０ｋＶ
イオン ：ガリウム（Ｇａ）イオン
加工範囲：２０μｍ×２０μｍ
加工深さ：０．１〜０．５μｍ（除去されるα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の厚さ）
照射角度：５°
照射時間：１時間。

【0033】

加工面の作製方法はＦＩＢ加工に限られないが、少なくとも、ＦＩＢ加工により作製される加工面に準じた測定面が作製可能な方法であることが好ましい。また、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６上に表面層等の他の層が形成されている場合には、たとえば３０００番の砥石を用いた研磨加工により他の層を除去してα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を露出させた後に上記ＦＩＢ加工を実施することが好ましい。

【0034】

次に、上記加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ−ＳＥＭ（製品名：「ＳＵ６６００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観察し、得られた観察像に対してＥＢＳＤ解析を行う。該観察場所は、特に限定されないが、切削特性との関係を考慮すると刃先稜線部近傍を観察することが好ましい。

【0035】

またＥＢＳＤ解析に関し、データは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。サンプル面（ＦＩＢ加工されたα−Ａｌ₂Ｏ₃層の加工面）の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、解析は、１５ｋＶにて行なう。帯電効果を避けるために、１０Ｐａの圧力を印加する。開口径６０μｍまたは１２０μｍと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、断面上、５０×３０μｍの面領域に相当する５００×３００ポイントについて、０．１μｍ／ステップのステップにて行なう。

【0036】

上記ＥＢＳＤ解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「orientation Imaging microscopy Ver 6.2」、ＥＤＡＸ社製）を用いて分析し、上記カラーマップを作成する。具体的には、ソフトウェアを用いて各測定ピクセルの（００１）面の法線方向と、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の表面（被膜表面側に位置する表面とする）の法線方向（すなわちＦＩＢ加工により作製されたα−Ａｌ₂Ｏ₃層の加工面の法線方向）とのなす角度を算出し、その角度毎に色彩を変化させたカラーマップを作成する。該カラーマップの作成には、上記ソフトウェアに含まれる「Cristal Direction MAP」の手法を用いることができる。

【0037】

また、上記カラーマップを用いて、各結晶粒を粒径毎に区分することにより、結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃを区別することができる。具体的には、まず、上記カラーマップにおいて、色彩が一致し（すなわち面方位が一致し）、かつ周囲が他の色彩（すなわち他の面方位）で囲まれている領域を、各結晶粒の個別の領域とみなす。次に、各結晶粒に対して最も長く引ける仮想の対角線を引き、これを各結晶粒の粒径とする。そして、該粒径が１μｍ以上３μｍ以下のものを粗粒である結晶粒Ａとし、粒径が０．５μｍ以上１μｍ未満のものを中粒である結晶粒Ｂとし、粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ未満のものを微粒である結晶粒Ｃとして区別する。

【0038】

区別された結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃに基づいて、カラーマップ中における各結晶粒の占める面積、および各結晶粒の占める面積のうち、（００１）面配向性結晶粒の占める面積を求めることができる。カラーマップは、１５μｍ四方（１５μｍ×１５μｍ）の加工面について作成される。

【0039】

図４は、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の上述の加工面に関するカラーマップの一例である。図４において、実線で囲まれかつ斜線のハッチングで示される領域が（００１）面配向性結晶粒であり、実線で囲まれかつ白抜きで示される各領域が、（００１）面配向性結晶粒以外の結晶粒である。すなわち、図４に例示されるカラーマップでは、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が１０°以下の結晶粒が斜線のハッチングで示されており、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が１０°超の結晶粒が白抜きで示されている。なお、図４においては、結晶方位が特定されなかった領域を黒色で表示した。

【0040】

図５〜図７に、図４のカラーマップのうちの結晶粒Ａ（粗粒）、結晶粒Ｂ（中粒）および結晶粒Ｃ（微粒）をそれぞれ区別したカラーマップを例示する。すなわち、図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ａのみが図５のカラーマップに示される。図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ｂのみが図６のカラーマップに示される。図４のカラーマップ中に示される結晶粒のうち、結晶粒Ｃのみが図７のカラーマップに示される。特に図７において、実線で囲まれかつハッチングが施された領域が、結晶粒Ｃのうちの（００１）面配向性結晶粒であり、実線で囲まれかつハッチングが施されていない領域が、結晶粒Ｃのうちの（００１）面配向性結晶粒以外の結晶粒である。なお、図５および図６を参照すれば、このカラーマップを呈するα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６においては、結晶粒Ａのすべてが（００１）面配向性結晶粒であり、結晶粒Ｂのすべてが（００１）面配向性結晶粒であることが分かる。

【0041】

上記（１）〜（７）を満たすα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を備える工具１０は、従来の工具と比して機械特性に優れ、もって長寿命化されたものとなる。

【0042】

具体的には、上記（１）〜（３）および（７）を満たすα−Ａｌ₂Ｏ₃層は、粗粒の割合が従来と比して低く抑えられている。粗粒は微粒や中粒と比してα−Ａｌ₂Ｏ₃層から脱落し易い傾向があるが、本実施形態のα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６はこのような脱落が従来と比して抑制されるため、耐欠損性に優れることとなる。また、上記（４）〜（６）を満たすα−Ａｌ₂Ｏ₃層は、粗粒、中粒、微粒のそれぞれにおいて、（００１）配向性結晶粒の占める割合が従来と比して高い。このため、本実施形態のα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は耐摩耗性に優れることとなる。したがって、本実施形態のα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は耐摩耗性および耐欠損性の両特性に優れるため、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を有する被膜１２を備える工具１０においては、その機械特性が従来と比して向上し、もって長寿命化されたものとなる。

【0043】

上記（１）に関し、面積Ａ₁の割合が５０％を超えると、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の耐摩耗性が著しく低下する。面積Ａ₁の割合は好ましくは４９％以下である。また、面積Ａ₁の割合の下限値は特に制限されないが、耐欠損性の観点から、好ましくは１０％以上であり、より好ましくは２５％以上である。

【0044】

上記（２）に関し、面積Ｂ₁の割合が５０％を超えると、耐摩耗性の低下が懸念される。また面積Ｂ₁の割合が２０％を下回ると、耐欠損性の低下が懸念される。面積Ｂ₁の割合は好ましくは２５〜４８％である。

【0045】

上記（３）に関し、面積Ｃ₁の割合が５０％を超えると、微粒の割合が増加し過ぎることによる耐欠損性の低下が懸念される。また面積Ｃ₁の割合が１０％を下回ると、耐摩耗性の低下が懸念される。面積Ｃ₁の割合は好ましくは１５〜４０％であり、より好ましくは１５〜３７％である。

【0046】

上記（４）に関し、面積Ａ₂の割合が９０％未満の場合、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ａ₂の割合は好ましくは９２％以上である。また、面積Ａ₂の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。

【0047】

上記（５）に関し、面積Ｂ₂の割合が９０％未満の場合、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ｂ₂の割合は好ましくは９２％以上である。また、面積Ｂ₂の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。

【0048】

上記（６）に関し、面積Ｃ₂の割合が５０％未満の場合、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の硬度が著しく低下し、これに起因して耐摩耗性も低下する。面積Ｃ₂の割合は好ましくは５２％以上である。また、面積Ｃ₂の割合の上限は特に限定されず、１００％とすることができる。従来、面積Ｃ₂の割合を高めることは特に難しい傾向があったが、後述する製造方法によりこれが可能となったことは特筆すべきことである。

【0049】

上記（７）に関し、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％未満の場合、加工面において、粒径が３μｍ超の特に粗大な結晶粒や、粒径が０．０５μｍ未満の特に微細な結晶粒が存在したり、結晶粒の欠落部分が存在したりすることを意味する。このようなα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、耐摩耗性および耐欠損性ともに著しく低下する。

【0050】

〔α−Ａｌ₂Ｏ₃層の厚み〕
本実施形態において、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、好ましくは３〜２５μｍの厚みを有する。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。その厚みは、より好ましくは４〜１５μｍであり、さらに好ましくは５〜１５μｍである。

【0051】

α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の厚みが３μｍ未満の場合、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の存在に起因する耐摩耗性の向上の程度が低い傾向がある。２５μｍを超えると、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６と他の層との線膨張係数の差に起因する界面応力が大きくなり、α−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒が脱落する場合がある。このような厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて基材１１と被膜１２の垂直断面観察により確認することができる。

【0052】

〔第１中間層〕
図３に戻り、本実施形態に係る被膜１２は、基材１１とα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６との間に第１中間層１４としてのＴｉＣＮ層を有する。ＴｉＣＮ層は耐摩耗性に優れているため、これにより被膜１２の耐摩耗性をさらに向上させることができる。

【0053】

〔第２中間層〕
図３を参照し、本実施形態に係る被膜１２は、第１中間層１４とα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６との間に第２中間層１５を有する。図８に示されるように、第２中間層１５は針状結晶から構成されることが好ましい。

【0054】

針状結晶とは、その結晶成長方向が一方向であるために針のように細長い形状を有する結晶である。針状結晶からなる層は、図８に示されるように、その厚みが大きくばらつき、表面形状が複雑になるという特徴を有するため、接する層に対してアンカーとしての効果を発揮することができる。したがって、基材１１とα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６との間にこのような第２中間層１５を有することにより、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を基材１１から剥離し難くすることができ、もって被膜１２を含む工具１０の耐欠損性がさらに優れることとなる。

【0055】

第２中間層１５は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＢＮ層であることが好ましい。ＴｉＣＮＯおよびＴｉＢＮは針状結晶を構成し易いためである。また、第２中間層１５の最大厚みｄ₁と最小厚みｄ₂との差は、０．３μｍ以上であることが好ましい。この場合、上記特性が効果的に発揮される。また、上記差は１．０μｍ以下であることが好ましい。上記差が１．０μｍを超えると、第２中間層１５の形状が被膜１２の形状に悪影響を及ぼす恐れがあるためである。なお、上記差は、上記のＥＢＳＤを備えたＦＥ−ＳＥＭを用いて確認することができる。

【0056】

〔下地層〕
図３を参照し、本実施形態に係る被膜１２は、基材１１と接する下地層１３を有する。下地層１３として、たとえばＴｉＮ層を用いることにより、基材１１と被膜１２との密着性をさらに高めることができる。

【0057】

〔その他の層〕
本実施形態に係る被膜１２は、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６上に、表面層を有していてもよい。表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、またはＴｉＢ₂層であることが好ましい。α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、（００１）面の高い配向性を有するが、このようなα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６上に形成されたＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＢ₂層は、断続切削時時の亀裂伝搬抑制に特に効果がある。したがって、このような組成の表面層を有する被膜１２は、靭性向上の点で有利である。なかでも、ＴｉＮ層は色彩が明瞭な金色を呈するため、切削使用後の刃先の識別が容易であり、経済性の観点で有利である。

【0058】

〔製造方法〕
上述の本実施形態に係る工具１０は、基材１１の表面に被膜１２を作製することにより製造することができる。被膜１２は、図９に例示する化学気相蒸着（ＣＶＤ）装置を用いたＣＶＤ法により形成することができる。

【0059】

図９を参照し、ＣＶＤ装置３０は、基材１１を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在するように配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして各層を形成することができる。

【0060】

まず、基材１１を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、下地層１３用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１１の表面に下地層１３が作製される。同様に、第１中間層１４用の原料ガス、第２中間層１５用の原料ガスを順に反応容器３２内に導入させることにより、下地層１３上に、第１中間層１４および第２中間層１５が順に形成される。

【0061】

たとえば、ＴｉＮ層を製造する場合、原料ガスとして、ＴｉＣｌ₄およびＮ₂を用いることができる。ＴｉＣＮ層を製造する場合、ＴｉＣｌ₄、Ｎ₂およびＣＨ₃ＣＮを用いることができる。ＴｉＣＮＯ層を製造する場合、ＴｉＣｌ₄、Ｎ₂、ＣＯおよびＣＨ₄を用いることができる。

【0062】

各層を形成する際の反応容器３２内の温度は、１０００〜１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１〜１０１３ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記の原料ガスとともにＨＣｌを導入してもよい。ＨＣｌの導入により、各層の厚みの均一性を向上させることができる。なお、キャリアガスとしては、Ｈ₂を用いることが好ましい。また、ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。

【0063】

さらに、上記層のうち、少なくとも１層を、ＭＴ（Medium Temperature）−ＣＶＤ法で形成してもよい。ＭＴ−ＣＶＤ法は、１０００℃〜１１００℃の温度で実施されるＣＶＤ法（以下、「ＨＴ−ＣＶＤ法」ともいう）とは異なり、反応容器３２内の温度を８５０〜９５０℃といった比較的マイルドな温度に維持して層を形成する方法である。ＭＴ−ＣＶＤ法は、ＨＴ−ＣＶＤ法と比して比較的低温で実施されるため、加熱による基材１１へのダメージを低減することができる。特に、ＴｉＣＮ層をＭＴ−ＣＶＤ法で形成することが好ましい。

【0064】

次に、第２中間層１５上にα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６を形成する。本実施形態に係るα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６は、以下の第１工程および第２工程を含むＣＶＤ法を実施することによって形成することができる。以下、各工程について順に説明する。

【0065】

第１に、第２中間層１５上に、第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層を形成する（第１工程）。原料ガスとしては、ＡｌＣｌ₃、Ｎ₂、ＣＯ₂、およびＨ₂Ｓを用いる。このとき、ＣＯ₂とＨ₂Ｓとの流量（ｌ／ｍｉｎ）に関し、ＣＯ₂／Ｈ₂Ｓ≧２を満たすような流量比とする。これにより、第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層が形成される。なおＣＯ₂／Ｈ₂Ｓの上限値は特に制限されないが、層の厚みの均一性の観点から、５以下が好ましい。また、本発明者らは、第１工程におけるＣＯ₂およびＨ₂Ｓの好ましい各流量は、０．４〜２．０ｌ／ｍｉｎおよび０．１〜０．８ｌ／ｍｉｎであり、最も好ましくは１ｌ／ｍｉｎおよび０．５ｌ／ｍｉｎであることを確認した。

【0066】

第２に、第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層上に第２のα−Ａｌ₂Ｏ₃層を形成する（第２工程）。原料ガスとしては、ＡｌＣｌ₃、Ｎ₂、ＣＯ₂、およびＨ₂Ｓを用いる。このとき、ＣＯ₂ガスとＨ₂Ｓガスとの流量（ｌ／ｍｉｎ）に関し、０．５≦ＣＯ₂／Ｈ₂Ｓ≦１を満たすような流量比とする。

【0067】

第１工程および第２工程において、反応容器３２内の温度は１０００〜１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１〜１００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記に列挙の原料ガスとともにＨＣｌを導入してもよく、キャリアガスとしてはＨ₂を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。

【0068】

第１工程および第２工程を経て形成された、第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層および第２のα−Ａｌ₂Ｏ₃層からなるα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６に対し、表面側からブラスト処理を実施してもよい。ＣＶＤ法によって形成された層は、全体に引張残留応力を有する傾向があるが、本工程により、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の表面側に圧縮残留応力を付与することができ、もって、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の硬度を高めることができる。

【0069】

なお、被膜１２が、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６上に形成された表面層を有する場合、該表面層が形成された後に、ブラスト処理を実施することが好ましい。ブラスト処理を実施した後に表面層を形成するためには、ＣＶＤ装置３０の停止、反応容器３２内からの基材１１の取り出し等が必要となり、製造工程が煩雑となるためである。この表面層は、工具１０の表面の一部に残存していれば足りるため、上記ブラスト処理によって表面層が部分的に除去されてもよい。

【0070】

上述の製造方法により、被膜１２を製造することができ、もって被膜１２を含む工具１０を製造することができる。このような製造方法によって、上記（１）〜（７）を満たすα−Ａｌ₂Ｏ₃層１６が形成される理由は明確ではないが、本発明者らは次のように推察する。

【0071】

α−Ａｌ₂Ｏ₃層と組成の異なる層（本実施形態では第２中間層１５）上にα−Ａｌ₂Ｏ₃層を形成するにあたって、α−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒の配向性を揃えるのは難しい傾向がある。これは、α−Ａｌ₂Ｏ₃と組成の異なる層との適合性がα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒の配向性に影響するためである。このため、仮に、第２中間層１５上に、（００１）面配向性結晶粒が少ないままにα−Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜を進めた場合、（００１）面配向性結晶粒の少ないα−Ａｌ₂Ｏ₃層が形成されてしまう。

【0072】

これに対し、上述のような第１工程および第２工程を実施することにより、仮に、第１工程によって形成された第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層において（００１）面配向性結晶粒が少なかったとしても、従来のようにα−Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜がそのまま進められることがないため（すなわち第２工程に切り替えられるため）、上記のような（００１）面配向性結晶粒の少ないα−Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜を防ぐことができる。特に、第１工程によって他の層上に第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層が形成されていることにより、続く第２工程によって形成される第２のα−Ａｌ₂Ｏ₃層は、上述のような適合性に左右されることがなく、むしろ適合性の高い（相性の良い）第１のα−Ａｌ₂Ｏ₃層に形成されるため、結果的に（００１）面配向性に優れることとなる。

【0073】

上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器３２内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定され、実施時間（成膜時間）により、各層の厚みが制御される。また、第２中間層１５は針状結晶であることが好ましいが、これは、原料ガスの流量と成膜温度とを制御することによって、結晶の形状を針状結晶とすることができる。また、成膜時の圧力の制御により、各針状結晶の長さを不均一にすることができ、もって、上述のような最大厚みｄ₁と最小厚みｄ₂との差を生じさせることができる。なかでも、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６における粗粒の割合を低下させたり、（００１）面配向性を高めるためには、原料ガスのうち、ＣＯ₂ガスとＨ₂Ｓガスとの流量比（ＣＯ₂／Ｈ₂Ｓ）の制御が重要である。

【実施例】

【0074】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。試料Ｎｏ．１〜１２が実施例に該当し、試料Ｎｏ．１３〜１７は比較例である。

【0075】

〔試料の作製〕
まず、試料Ｎｏ．１の作製について説明する。基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）およびＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、下地層、第１中間層、第２中間層、α−Ａｌ₂Ｏ₃層および表面層をこの順に形成させて、基材の表面に被膜を作製した。各層の形成条件を以下に示す。なお、各ガス組成に続く括弧内は、各ガスの流量（ｌ／ｍｉｎ）を示す。

【0076】

（下地層：ＴｉＮ層）
ガス：ＴｉＣｌ₄（５）、Ｎ₂（１５）、Ｈ₂（４５）
圧力および温度：１３０ｈＰａおよび９００℃。

【0077】

（第１中間層：ＴｉＣＮ層）
ガス：ＴｉＣｌ₄（１０）、Ｎ₂（１５）、ＣＨ₃ＣＮ（１．０）、Ｈ₂（８０）
圧力および温度：９０ｈＰａおよび８６０℃（ＭＴ−ＣＶＤ法）。

【0078】

（第２中間層：ＴｉＣＮＯ層）
ガス：ＴｉＣｌ₄（０．００２）、ＣＨ₄（２．５）、Ｎ₂（６．０）、ＣＯ（０．５）、ＨＣｌ（１．２）、Ｈ₂（４０）
圧力および温度：１８０ｈＰａおよび１０１０℃。

【0079】

（α−Ａｌ₂Ｏ₃層）
（１）第１工程におけるＣＶＤ条件
ガス：ＡｌＣｌ₃（２．５）、ＣＯ₂（１．３）、Ｈ₂Ｓ（０．４）、Ｈ₂（４０）
圧力および温度：８０ｈＰａおよび１０００℃
（２）第２工程ＣＶＤ条件
ガス：ＡｌＣｌ₃（３．０）、ＣＯ₂（１．２）、Ｈ₂Ｓ（１．４）、Ｈ₂（３２）
圧力および温度：８０ｈＰａおよび１０００℃。

【0080】

（表面層：ＴｉＮ層）
ガス：ＴｉＣｌ₄（５）、Ｎ₂（１５）、Ｈ₂（４５）
圧力および温度：１３０ｈＰａおよび９００℃。

【0081】

次に、被膜が形成された基材である旋削加工用刃先交換型切削チップに対し、以下のブラスト処理を行った。すなわち、チップを１００ｒｐｍで回転させながら、刃先稜線部の４５°方向から、すくい面、逃げ面に均等に、平均粒径５０μｍの酸化アルミニウム製のボールを０．１ＭＰａの圧縮空気で５秒間衝突させた。

【0082】

以上のようにして、試料Ｎｏ．１の工具を作製した。試料Ｎｏ．２〜１７に関しても、同様の基材上に、下地層、第１中間層、第２中間層、α−Ａｌ₂Ｏ₃層および表面層からなる被膜を形成することにより、各工具を作製した。各試料において、第２中間層および表面層の成膜に用いる原料ガスを変更することにより、第２中間層および表面層の組成を適宜変更した。各試料において被膜を構成する各層の組成および厚みを表１に示す。なお、各層の厚みは、成膜時間を適宜調節することにより調整した。

【0083】

【表1】

【0084】

また、第２中間層およびα−Ａｌ₂Ｏ₃層については、原料ガス、成膜時間以外の他の条件についても適宜変更した。具体的には、第２中間層においては、成膜時の圧力を表２に示すように変更した。これにより、各試料において、針状結晶からなる第２中間層の最大厚みと最小厚みとの差は、表２に示すように異なっていた。

【0085】

【表2】

【0086】

また、α−Ａｌ₂Ｏ₃層については、導入するガスのうち、ＣＯ₂とＨ₂Ｓとの流量比（ＣＯ₂／Ｈ₂Ｓ）を表３に示すように変更させた。試料Ｎｏ．１〜１２において、第１工程用のガスを３０分間導入した後、第２工程用のガスを導入した。一方、試料Ｎｏ．１３〜１７においては、第１工程を実施せず、第２工程のみを実施した。

【0087】

そして、基材の表面に被膜が設けられた工具のすくい面側であって刃先稜線部近傍において上述のＦＩＢ加工を実施し、α−Ａｌ₂Ｏ₃層の表面から深さ方向に対して０．２μｍの領域に位置するα−Ａｌ₂Ｏ₃層を除去した。これにより、加工面が作製された。作製された加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ−ＳＥＭを用いて観察することにより、１５μｍ×１５μｍの加工面に関して上述のカラーマップを作成した。そして、各カラーマップを用いて、結晶粒Ａ、結晶粒Ｂおよび結晶粒Ｃの占める各面積Ａ₁、Ｂ₁、Ｃ₁、ならびに各面積に占める（００１）面配向性結晶粒の面積の割合Ａ₂、Ｂ₂、Ｃ₂、を求めた。その結果を表３に示す。また、表３から明らかなように、各カラーマップにおいて、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合は１００％であった。

【0088】

【表3】

【0089】

〔評価１：耐欠損性〕
各試料のチップを、型番ＰＣＬＮＲ２５２５−４３（住友電気工業株式会社製）のバイトにセットし、これを用いて合金鋼の繰り返し旋削加工による耐欠損性の評価を行った。

【0090】

切削加工の条件は、以下のとおりである。試料毎に２０個のチップを用い、２０秒間旋削加工を行い、全２０個のチップのうち、破損が生じたチップの割合（数）を破損率（％）として算出した。その結果を表４に示す。表４において破損率（％）が低いほど、耐欠損性に優れることを示す。

【0091】

被削材：ＳＣＭ４４０（６本溝入り、φ３５０ｍｍ）
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：２．０ｍｍ
切削油：なし。

【0092】

〔評価２：耐摩耗性〕
各試料のチップを、型番ＰＣＬＮＲ２５２５−４３（住友電気工業株式会社製）のバイトにセットし、これを用いて合金鋼の繰り返し旋削加工による耐摩耗性の評価を行った。

【0093】

旋削加工の条件は、以下のとおりである。試料毎に２０個のチップを用い、１５分間旋削加工を行い、全２０個のチップの逃げ面側の摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定し、各試料の平均値を算出した。その結果を表４に示す。表４においてＶｂｍｍ）の値が小さいほど、耐摩耗性に優れることを示す。

【0094】

被削材：ＳＣｒ４２０Ｈ（φ２５０ｍｍ）
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ
切り込み量：２．０ｍｍ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削油：水溶性油。

【0095】

【表4】

【0096】

表４を参照し、試料Ｎｏ．１〜１２においては、試料Ｎｏ．１３〜１７と比較して、高い耐欠損性と高い耐摩耗性が確認された。試料Ｎｏ．１〜１２は、上記（１）〜（７）を満たしており、一方、試料Ｎｏ．１３〜１７はこれを満たしていなかった。これらの結果から、本実施形態の一例となる試料Ｎｏ．１〜１２のチップは、高い耐欠損性と高い耐摩耗性とを有し、故に機械特性に優れ、もって、安定した長寿命を有することが確認された。

【0097】

なお、試料Ｎｏ．１３、１５および１７においては、α−Ａｌ₂Ｏ₃層１６の成膜時に、原料ガスの流量を制御することによって、粗粒の割合を低下させることはできたものの、その（００１）面の配向性を高めることはできなかった。

【0098】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0099】

１ すくい面、２ 逃げ面、３ 刃先稜線部、１０ 表面被覆切削工具、１１ 基材、１１ａ すくい面、１１ｂ 逃げ面、１１ｃ 刃先稜線部、１２ 被膜、１３ 下地層、１４ 第１中間層、１５ 第２中間層、１６ α−Ａｌ₂Ｏ₃層、３０ ＣＶＤ装置、３１ 基材セット治具、３２ 反応容器、３３ 調温装置、３４ ガス導入口、３５ ガス導入管、３６ 貫通孔、Ｐ₁ 第１領域、Ｐ₂ 第２領域、Ｐ₃ 中間点。

【要約】

本発明の表面被覆切削工具（１０）が備える被膜（１２）は、複数のα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒を含むα−Ａｌ₂Ｏ₃層を有する。α−Ａｌ₂Ｏ₃層のうち、その表面に平行な加工面に関する１５μｍ四方のカラーマップにおいて、粗粒な結晶粒Ａの占める面積Ａ₁が５０％以下であり、かつ、面積Ａ₁のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ａ₂が９０％以上であり、中粒なα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｂの占める面積Ｂ₁が２０％以上５０％以下であり、かつ、面積Ｂ₁のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ｂ₂が９０％以上であり、微粒なα−Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒Ｃの占める面積Ｃ₁が１０％以上５０％以下であり、面積Ｃ₁のうち、（００１）面配向性の結晶粒の占める面積Ｃ₂が５０％以上であり、カラーマップ全体の面積に対する、面積Ａ₁、面積Ｂ₁、および面積Ｃ₁の合計面積の割合が、９５％以上である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】